楼宇内2G3G各系统共存干扰问题

楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 京信华东分公司技术总监孙孺石 随着各种3G系统以及WLAN系统的登台亮相 作为楼宇覆盖的微蜂窝系统势必在现有的2G GSM900 GSM1800和IS95 CDMA 系统中将共址3G或WLAN系统 那么 了解各类时分和码分系统的抗干扰机理 分析它们互相间可能存在的干扰将是系统运营商和集成商面临的一个课题 对于任何两个需要共址的系统 我们都可以按下列程序分析其相互干扰的问题 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 画出两个系统的工作频段直方图 计算其上 下行保护带 计算和分析各类离散型干扰的可能性 包括同频 邻道 谐波和互调 计算阻塞干扰及噪声 了解时分系统的阻塞干扰指标 对时分多址系统计算其抗阻塞干扰的能力 了解码分多址系统的抗干扰机理 对于码分多址系统应将干扰折合成噪声计算其容量下降百分比或覆盖区范围减少百分比 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 各系统间的保护带 大于1GHz不计入 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 由频率直方图及保护带计算可以看出 大部分系统间在频段规划上都留有足够的保护带 TD SCDMA的低端频段与PCS重叠 所以不能共址使用 GSM1800下行与TD SCDMA低端频段相邻 若需共址 应在器件上采取措施加大隔离度 在3G系统中 WCDMA cdma2000上行与TD SCDMA低端频段相邻 需计算其隔离度 大多数频分双工时分或码分多址的系统不存在同频 邻道 互调及谐波等干扰 而对于时分双工时分多址 如PCS 与其他系统共址时 应重点计算其上行基站接收机的噪声增加情况 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 画出两个系统的工作频段直方图 计算其上 下行保护带 计算和分析各类离散型干扰的可能性 包括同频 邻道 谐波和互调 计算阻塞干扰及噪声 了解时分系统的阻塞干扰指标 对时分多址系统计算其抗阻塞干扰的能力 了解码分多址系统的抗干扰机理 对于码分多址系统应将干扰折合成噪声计算其容量下降百分比或覆盖区范围减少百分比 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 从无线信号的干扰产生的机理来看 应该将干扰分为 热噪声的增加 N 离散的干扰同频 C 邻道 A 互调 I 含交调和倍频 强干扰引起的阻塞 B 下面 我们根据各系统间的频率关系列表确认它们相互间可能存在的干扰源 并且将干扰程度分为高 红色 中 棕色 低 黄色 三级 白色表示无干扰存在 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 2G 3G 3G 2G 上行 MHz 下行 MHz 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 多址技术 系统 双工模式 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 通常 码分系统具有较强的抗干扰能力 且随着带宽的增加而加强 随着传输速率的增高而减弱 任何其他系统的离散型干扰对码分系统而言都可化作噪声的增加从而转化成系统容量的下降 百分比 或覆盖区减小 百分比 采用频分双工制式在频率规划上具有先天的优越性 其保护带较宽因而较少受各类离散型的干扰 时分双工由于上 下行频段合一 必然在组网上较易受干扰 也较易干扰其他系统 当这类系统需要和其他系统共址时 应特别注意其下行 实际上也是上行频段 发射频率对其他系统上行基站接收端的干扰 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 画出两个系统的工作频段直方图 计算其上 下行保护带 计算和分析各类离散型干扰的可能性 包括同频 邻道 谐波和互调 计算阻塞干扰及噪声 了解时分系统的阻塞干扰指标 对时分多址系统计算其抗阻塞干扰的能力 了解码分多址系统的抗干扰机理 对于码分多址系统应将干扰折合成噪声计算其容量下降百分比或覆盖区范围减少百分比 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 对于时分多址系统 我们应该根据其规范了解该系统抗各类干扰的性能指标 以上指标仅作参考 具体数值应根据运营商提供的系统指标而定 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 画出两个系统的工作频段直方图 计算其上 下行保护带 计算和分析各类离散型干扰的可能性 包括同频 邻道 谐波和互调 计算阻塞干扰及噪声 了解时分系统的阻塞干扰指标 对时分多址系统计算其抗阻塞干扰的能力 了解码分多址系统的抗干扰机理 对于码分多址系统应将干扰折合成噪声计算其容量下降百分比或覆盖区范围减少百分比 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 对于码分多址无论其双工方式如何都具有较强的抗干扰性 当一个窄带干扰信号进入码分系统的信息频段时 由于其相关特性 系统将扩展窄带信号的功率谱使其降低到1 GP 而接收机将扩频编码信号扩展为GP倍 如图所示 1 其中GP为扩频增益GP 10lg 射频带宽 信息速率 也就是说 当到达该码分系统接收端的窄带离散型干扰的幅度不超过扩频信号的GP倍时 不会对CDMA系统造成干扰 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 不同的码分系统其GP值是不同的 它随射频信道带宽增大而增强 且随着信息速率的提高而降低 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 码分多址系统是一个噪声自限系统 同一覆盖区内来自任何其他用户的通信都将作为干扰来处理 由于码分多址系统的频率复用系数趋近于1 因此 除了来自同一覆盖区的其它用户的干扰外 相邻小区的干扰也占一定的比例 需加以考虑 系统在满载容量下工作时 所受干扰最大 但通常系统采用功率控制技术 使干扰减小 系统可以降低速率 从而降低通话质量 而适应强干扰的情况 此时增加的容量被称为 软容量 这是码分系统所特有的性能 我们在分析受干扰情况时 将不考虑功率控制和 软容量 的概念 否则无法比较 任何干扰的增强都可以直接地 线性地转变为容量的下降或覆盖区的减小 百分比 扩频处理增益GP来源于扩展频谱调制方式 处理增益也是码分多址系统抗干扰性能的衡量标准 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 任何一个码分多址系统 当其传输带宽和信息速率确定以后 其总处理增益是GPt一个确定值 如上页列表可见 GPt GP1 GP2 GP3 GP4 2 式中GP1对应于容量GP2用来抗人为干扰GP3用来抗其它系统的无意干扰GP4用来补偿因功率控制不完善造成的有害影响 在讨论微蜂窝室内多系统共址的相互干扰时 我们假定不存在人为干扰 也不考虑功率控制问题 所以 GP2 0 GP4 0当无线覆盖采用全向天线方式时 如图所示 其邻近小区干扰的百分比计算如表I所示 它表明移动台在本小区的覆盖边缘所接收到的邻近小区干扰分配状况 当然 它与传播衰耗指数有关 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 表II所列为采用定向天线覆盖时 邻近小区干扰的百分比分配状况 表I全向小区状况 表II扇形小区状况 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 对于单一小区的CDMA系统 可考虑只有小区内的干扰 称为区内自干扰 则业务信道数 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 对于多小区CDMA系统 需考虑相邻小区干扰Ia 此时业务信道降为M 即则业务信道扩频增益的变化是通常也可引入一个参数F 即区内自干扰占全部干扰的百分比即或则 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 对于室内多系统共址系统 我们同样可以认为当存在其他系统的干扰Ib时 可得允许的干扰占原有干扰的百分比或者 从另一个角度来推导 即当Ib存在时 允许容量下降多少百分比 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 设 即允许容量下降的百分比值即允许的干扰值Ib C与容量M 及 有关 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 对于多小区CDMA系统再加一个外加干扰的情况 设外加干扰为Ic 容量将由M下降为M 可求得扩频增益的变化是 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 同样 我们可以求得当Ic存在时系统容量下降的百分比 设即即允许的干扰Ic C与容量M 及 有关 且与小区自干扰占的百分比F值有关 以上 我们给出了杂散小区对单区或多区码分系统影响的定量概念 当然 我们也可以对这种影响进行计算机模拟 本文稍后举例中将利用一些现有的文献资料进一步阐明 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 举例一 GSM与TD SCDMA共址 由于GSM1800与TD SCDMA低频段为相邻频道关系 且TD SCDMA是一个时分双工系统 因此 需要着重分析GSM1800下行信号对TD SCDMA上行基站接收的影响以及TD SCDMA下行信号对GSM1800上行接收的影响 如图可见 这两个系统存在邻道干扰问题 GSM1800下行发送信号对TD SCDMA上行基站接收的干扰 GSM下行输出最大功率电平 33dBm 合路器HTD SCDMA端口对GSM1800信号的抑制 6dB TD SCDMA抗杂散干扰指标 80dBc TD SCDMA灵敏度标称指标 90dBm干扰电平 33dBm 6dB 90dBm 117dBc 80dBc 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 造成强阻塞 也即 当GSM1800下行发送时使TD SCDMA上行无法正常工作 可采取的补救方法 1 不共址2 研制新的合路器 使端口间隔离度 50dB 同时在合路前插入单向环形器件 如图 反向隔离20dB 正向插损 0 5dB 则 33dBm 50dB 20dB 90dBm 53dBc 80dBc 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 举例二 WLAN与GSM系统的共址WLAN是一个DSSS系统 所用频段为2400 2483 5MHz 为了降低多个接入点引入的相互干扰 该标准将同时传输的信号分配到三个不同的频带 每个频带22MHz 其数据传输速率是可变的 从最低的1Mbps到最高的11Mbps 因此 该系统的扩频增益GP也是可变的 从13dB 3dB 这意味着 WLAN系统只能承受高于有用信号3dB的干扰 否则 系统只能降低数据传输速率以增加抗干扰性 而运营中的GSM系统无论是900MHz或者是1800MHz频段都采用TDMA制式 其载频传输方式是一种时分的突发脉冲 其功率电平相对较高 这两个系统拟在微蜂窝室内进行共址建设时 相互间存在较大的保护频段 且其工作频率间也不存在邻道 互调及谐波干扰 因此 主要是分析上行基站接收机的噪声增量是否影响系统的正常工作 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 1 WLAN下行 GSM上行如图是共址时通常采用的合路器件 例如用京信公司的CM CLNN00蜂窝 WLAN合路器 AP经放大器后输出功率30dBm 带外噪声电平 80dBc 合路器WLAN端口对GSM频段的带外抑制也是80dB GSM通带宽相对WLAN系统的带宽增益10lg 200K 22MHz 20dB 因此WLAN下行信号通过合路器耦合到GSM上行输入端的噪声电平为 30dBm 80dB 80dB 20dB 150dBm 显而易见 因WLAN下行信号对GSM上行信号的噪声增量甚微 可忽略不计 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 2 GSM下行 WLAN上行 GSM放大器输出最大功率电平 33dBm GSM带外杂散 30dBm 即 63dBc 合路器GSM端口对WLAN频段的带外抑制60dB WLAN系统扩频增益最低为3dB 因此 GSM下行信号通过合路器耦合到WLAN上行输入端的杂散电平为 30dBm 60dB 3dB 93dBm 而WLAN AP上行输入端口的信号功率电平通常为 75dBm 16dB 91dBm也就是说 它能承受 91dBm 3dB 88dBm的干扰 与 93dBm相比 尚有5dB的余量 3 顺便说二点补充条件 由于扩频增益将随着数据速率降低而增加 取3dB是最低的 GSM杂散电平 30dBm是设备指标值 并不表示在WLAN频段 2 4GHz频段 恰巧存在离散的杂散辐射 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 4 WLAN信号经耦合系统的反馈问题由于AP可能有多点接入而GSM分路器来自于一个放大源 因此 从AP发出的WLAN信号可能会通过GSM分路路径而反馈到另一个AP一起发送而构成干扰 其路径如图所示 图中 实线表示正常信号路径 而虚线表示反馈路径 正常信号路径表明在A点WLAN的AP2下行功率电平为15dBm 1dB 14dBm带内插损0 6dB 带内波动0 4dB 1dB 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 AP1通过GSM路径反馈至A点的干扰功率电平为 30dBm 80dB 6dB 2dB 15dB 60dB 15dB 1dB 119dBm上述计算表明 由AP1通过GSM路径反馈至A点的干扰信号将比正常信号低 14dBm 119dBm 133dB因此 采用京信公司的宽带合路器CM CLNN00不需要在GSM的耦合器输出端加滤波器或单向环形器件 总之 以上分析表明WLAN系统与GSM系统完全可以在微蜂窝内共址建设 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 举例三 WCDMA cdma2000与GSM共址这两个系统都是频分双工模式 其上行保护频段最少也有145MHz 而下行的保护频段最少为230MHz 两个系统在频率上没有邻道 互调及谐波关系 且两者的抗阻塞干扰指标均在80dB以上 因此 当它们共址时 GSM的杂散辐射不会干扰WCDMA或cdma2000系统 但这些微量的杂散辐射将增加WCDMA cdma2000码分系统的噪声电平 从而降低其容量 有资料 3 对邻道干扰 ACI 对系统容量的影响作了分析并仿真 从图中可以看出当邻道干扰功率比ACIR高于20dB时 容量的损失减少很快 在3GPP规范中对ACIR的标称指标要求是33dB 从仿真结果看其对应的微小区容量损失低于1 楼宇内2G 3G各系统共存的干扰问题 举例四 WCDMA cdma2000与TD SCDMA共址从频谱关系图可知 这两个系统发生的主要干扰是在1920MHz频点存在相邻关系 在资料中给出了不同基站间距 小区半径情况下的各种干扰对容量的影响 对于微小区两个系统共址即D 0的情况 其仿真结果如图八所示 可见 需要将邻道干扰抑制指标提高到70dB以上才能消除TD SCD